DE3010773A1 - Heat exchanger esp. for heat recovery in chimney - has two or more exchanger units of cold side arranged along hot flue duct - Google Patents
Heat exchanger esp. for heat recovery in chimney - has two or more exchanger units of cold side arranged along hot flue ductInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betriff «_t einen Wärmetauscher, insbesondere zur Energierückgewinnung aus erwärmten Abgasen.The invention relates to a heat exchanger, in particular for energy recovery from heated exhaust gases.
Wärmetauscher sind in vielfältigen Bauformen, insbesondere als indirekte oder rekuperative Wärmetauscher in Kreuz-, Gegen- und Gleichstrom-Bauweise bekannt. Weiter ist es allgemein bekannt, daß durch Wärmetausch in erwärmten Abgasen enthaltene Wärmeenergie zur anderweitigen Verwendung rückgewonnen werden kann. Jedoch wird letztere Möglichkeit nur in wenigen Fällen, meist nur bei industriellen Anwendungen, durchgeführt, da die erwähnten konstruktiven Möglichkeiten üblicher Wärmetauscher einen derart geringen Wirkungsgrad besitzen, daß der Aufwand als nicht gerechtfertigt erscheint.Heat exchangers are available in a variety of designs, in particular as indirect or recuperative heat exchangers in cross, Counter-current and direct-current construction known. Further it is general known that heat energy contained in heated exhaust gases is recovered for other use by heat exchange can be. However, the latter option is only used in a few cases, mostly only in industrial applications, carried out because the mentioned constructive possibilities Conventional heat exchangers have such a low degree of efficiency that the expense does not appear to be justified.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Wärmetauscher dieser Art so auszugestalten, daß bei der Möglichkeit einer raumsparenden Ausführung ein hoher Wirkungsgrad erreichbar ist.It is the object of the invention to design a heat exchanger of this type so that with the possibility of a space-saving Execution a high efficiency can be achieved.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in Strömungsrichtung des warmen Fluids mindestens zwei Wärmetauschereinheiten hintereinander angeordnet sind, die vom gleichen zu erwärmenden Fluid durchströmt sind, und daß das zu erwärmende Fluid zunächst die bezüglich dem warmen Fluid abstromseitige Wärmetauschereinheit im Gleichstrom und dann die jeweils aufstromseitig nächstfolgende Wärmetauschereinheit im Gleichstrom durchströmt.The object is achieved in that in Direction of flow of the warm fluid at least two heat exchanger units are arranged one behind the other, from the the same fluid to be heated flowed through, and that the fluid to be heated initially the with respect to the warm Fluid downstream heat exchanger unit in direct current and then the respective next heat exchanger unit upstream flows through in direct current.
Die Erfindung wird durch die Merkmale der Unteransprüche weiter, gebildet.The invention is defined by the features of the subclaims further, educated.
Durch die Erfindung sind Baufiorraen von Wärmetauschern möglich, die in bestehende Kamine einbaubar sind, um die Abgase von Industrie- und Haushalts-Heizanlagen auszunutzen. Insbesondere bei Verwendung eines abstroneeitigen Ventilators im Strom des warmen, abzukühlenden Fluids, nämlich dem Abgas der Heizanlage, werden diese kalt an die Umgebung abgegeben und kann die dem kalten, zu erwärmenden Fluid zugeführte Wärmemenge beispielsweise für Heizungszwecke in einer Zentralheizung oder zur Erwärmung von Brauchwasser oder zur Erwärmung eines anderen Fluids verwendet werden. Der erfindungsgemäße Wärmetauscher kann insbesondere so ausgestaltet werden, daß er eine vergleichsweise große Längsausdehnung bei kleiner Querschnittsfläche besitzt. Er kann somit in Rohrleitungen, Kamine oder dergleichen sowohl liegend, aber vorzugsweise auch stehend angeordnet werden.The invention makes it possible to build heat exchangers, which can be built into existing chimneys in order to exploit the exhaust gases from industrial and domestic heating systems. In particular when using a downstream fan in the flow of the warm fluid to be cooled, namely the Exhaust gas from the heating system, these are released cold into the environment and can be added to the cold fluid to be heated Amount of heat, for example, for heating purposes in a central heating system or for heating domestic water or for Heating another fluid can be used. The heat exchanger according to the invention can in particular be configured in this way be that it has a comparatively large longitudinal extension with a small cross-sectional area. It can therefore be used in Pipelines, chimneys or the like can be arranged both horizontally, but preferably also upright.
Durch die Erfindung lassen sich die Wärmemengeny die in den Abgasen üblicher Wärmeerzeugungseinrichtungen, wie Kachelöfen und Heizungsanlagen, aber auch Gasthermen oder dergleichen enthalten sind, wirksam rückgewinnen.The invention enables the amounts of heat y contained in the exhaust gases of conventional heat generating devices, such as tiled stoves and heating systems, but also gas boilers or the like, to be effectively recovered.
Die Erfindung wird anhand der in der Ze ichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 schematisch im Schnitt einen in einem Kamin angeordneten Wärmetauscher mit zwei Wärmetauschereinheiten,The invention is illustrated with reference to the drawing in the drawing Embodiments explained in more detail. Show it 1 shows a schematic sectional view of a heat exchanger arranged in a chimney with two heat exchanger units,
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Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel ähnlich dem gemäß Fig. 1, jedoch mit vxer Wärmetauschereinheiten,FIG. 2 shows an exemplary embodiment similar to that according to FIG. 1, but with four heat exchanger units,
Fig. 3 ein anderes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wärmetauschers mit zwei Wärmetauschereinheiten,Fig. 3 shows another embodiment of the invention Heat exchanger with two heat exchanger units,
Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers mit ebenfalls zwei Wärmetauschereinheiten. 4 shows a third exemplary embodiment of a heat exchanger according to the invention, likewise with two heat exchanger units.
Fig. 1 zeigt einen in einen üblichen, bestehenden Kamin 1 eingebauten erfindungsgemäßen TVärmetauscher 2.1 shows a heat exchanger 2 according to the invention installed in a conventional, existing chimney 1.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher 2 besteht bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 aus einer von den Abgasen einer Heizeinrichtung, wie einer Heizungsanlage oder einem Kachelofen gemäß den Pfeilen 3 durchströmten zum Kamin 1 im wesentlichen koaxiaüenRohrleitung 4, die außen zwei Ringmäntel 5 und 6 aufweist, die zusammen mit der Rohrleitung 1 jeweils die Wärmetauschereinheiten bilden. Jeder Rohrmantel 5)6 weist einen in Strömungsrichtung des Fluids in der Rohrleitung (Pfeile 3) aufstromseitigen Zuführstutzen 7 bzw. 9 und einen jeweils abstromseitigen Abführ stutzen 8 bzw. 10 auf, derart, daß die Strömungsrichtung eines durch die Rohrmäntel 556 strömenden Fluids vom Zufuhrstutzen 7,9 zum Abführstutzen 8,10 im Gleichstrom zu dem durch die Rohrleitung 4 strömenden Fluid ist.In the embodiment according to FIG. 1, the heat exchanger 2 according to the invention consists of one of the exhaust gases from a heating device, such as a heating system or a tiled stove according to the arrows 3, flowing through to the chimney 1 essentially koaxiaüen pipe 4, which on the outside has two annular jackets 5 and 6, which together with the pipeline 1 each form the heat exchanger units. Each pipe jacket 5) 6 has an upstream feed connector 7 or 9 in the direction of flow of the fluid in the pipeline (arrows 3) and a respective downstream discharge connector 8 or 10, such that the direction of flow of a fluid flowing through the pipe jackets 5 5 6 from the supply connection 7.9 to the discharge connection 8.10 in cocurrent with the fluid flowing through the pipeline 4.
Erfindungsgemäß wird das durch die die Wärmetauschereinheiten bildenden Rohrmäntel fließende kalte, zu erwärmende Fluid zunächst dem Zuführstiizen 7 d^ bezüglich der Strömungsrichtung des Fluids in der Rohrleitung 4 abstromseitigen Rohrmantels 5 zugeführt, durchströmt dieses im Gleichstrom zu dem Fluid in der Rohrleitung 4 und verläßt den abstromseitigen Rohrmantel 5 über den Abführstutzen 8. Der Abführstutzen 8 des abstromseitigen Rohrmantels 5 ist mit dem Zuführstutzen 9 des aufstromseitig nächstfolgenden Rohrmantels 6 über eine andeutungsweise dargestellte Verbindungsleitung verbunden. Das im ersteren Rohrmantel 5 bereitsAccording to the invention, this is achieved by the heat exchanger units Forming pipe jackets, the cold fluid to be heated first flows to the feed member 7 d ^ downstream with respect to the direction of flow of the fluid in the pipeline 4 Pipe jacket 5 supplied, this flows through in cocurrent to the fluid in the pipe 4 and leaves the downstream Pipe jacket 5 over the discharge nozzle 8. The discharge nozzle 8 of the downstream pipe jacket 5 is with the Feed connector 9 of the pipe jacket following the next upstream side 6 connected via a connection line indicated in some way. That in the first pipe jacket 5 already
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erwärmte Fluid wird in dem nächsten, zweiten Rohrmantel 6 ebenfalls im Gleichstrom zum durch die Rohrleitungfrfließenden Fluid erwärmt und verläßt dieses durch dessen Abführstutzen 10 und kann weiter verwendet werden.heated fluid is in the next, second pipe jacket 6 also in cocurrent to the flowing through the pipeline Fluid heats up and leaves this through its discharge nozzle 10 and can be used further.
Das gemäß den Pfeilen 3 durch die Rohrleitung 4 strömende warme, abzukühlende Fluid, nämlich das Abgas der Heizeinrichtung, kann dabei so stark abgekühlt werden, daß dessen Entfernung nicht immer sichergestellt ist. Zweckmäßigerweise ist daher am abstromseitigen Ende der Rohrleitung 4 eine Fördereinrichtung wie ein Ventilator 11 vorgesehen.The one flowing through the pipeline 4 according to the arrows 3 warm fluid to be cooled, namely the exhaust gas of the heating device, can be cooled so much that its Distance is not always guaranteed. Appropriately, therefore, at the downstream end of the pipeline 4 is a A conveyor such as a fan 11 is provided.
Zweckmäßigerweise wird die gesamte bisher durch den Kamin 1 strömende Abgasmenge nunmehr durch die Rohrleitung 4 geführt, weshalb gegebenenfalls, wie schematisch dargestellt, eineAppropriately, the entire amount of exhaust gas previously flowing through the chimney 1 is now passed through the pipe 4, therefore, if necessary, as shown schematically, a
Λ 2.Λ 2.
aufstromseitige trichterförmige AufweitungNder Rohrleitung vorgesehen sein kann.Upstream funnel-shaped expansion of the pipeline can be provided.
Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel weist gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 aufstromseitig in Anschluß an die Rohrmäntel 5,6 weitere Rohrmäntel 13,l4auf mit ebenfalls jeweils einem bezüglich dem in der Rohrleitung strömenden Fluid aufstromseitigen Zuführstutzen 15 bzw. und einen bezüglichlich dieser Strömungsrichtung jeweils abstromseitigen Abführstutzen 17,18. Das durch die Rohrmäntel 13,14 strömende Fluid strömt daher im Gleichstrom zu dem in der Rohrleitung 4 strömenden Fluid. Ähnlich dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1, bei dem der Abführstutzen 8 des Rohrmantels 5 mit dem Zuführstutzen 9 des Rohrmantels 6 verbunden ist, ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 der Abführstutzen 10 des Rohrmantels 6 mit dem Zuführstutzen 15 des Rohrmantels I3 und der Abführstutzen I7 des Rohrmantels I3 mit dem Zuführstutzen l6 des Rohrmantels l4 verbunden, während der Abführstutzen 18 des Rohrmantels l4 nach außen geführt ist. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Eig. 2 sind somit gegenüber dem gemäß Fig. 1 vier Wärmetauschereinheiten vorgesehen. Selbstverständlich ist es möglich, wennThe embodiment shown in Fig. 2 has opposite the embodiment according to FIG. 1 on the upstream side in Connection to the pipe jackets 5, 6 further pipe jackets 13, l4auf with also in each case one feed connector 15 or one upstream with respect to the fluid flowing in the pipeline. and a discharge nozzle 17, 18 on the downstream side with respect to this flow direction. That through the pipe jackets 13, 14 flowing fluid therefore flows in cocurrent to the fluid flowing in the pipeline 4. Similar to Embodiment according to FIG. 1, in which the discharge nozzle 8 of the pipe jacket 5 with the feed pipe 9 of the pipe jacket 6 is connected is in the embodiment according to Fig. 2 shows the discharge nozzle 10 of the pipe jacket 6 with the feed nozzle 15 of the pipe jacket I3 and the discharge nozzle I7 of the pipe jacket I3 is connected to the supply port l6 of the pipe jacket l4, while the discharge port 18 of the pipe jacket l4 is led to the outside. In the embodiment according to Eig. 2 are thus four heat exchanger units compared to the one shown in FIG intended. Of course it is possible if
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genügend Raum zur Verfugung steht, eine beliebige Menge an Wärmetauschereinheiten vorzusehen, die jeweils im Gleichstrom zur Strömungsrichtung des Fluids in der Rohrleitung durchströmt sind und deren Abführende jeweils mit dem Zuführende der aufstromseitig nächstfolgenden Wärmetauschereinheit verbunden ist.enough space is available, any amount of Provide heat exchanger units, each of which flows through in cocurrent to the direction of flow of the fluid in the pipeline are and their discharge with the supply end of the next upstream heat exchanger unit connected is.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 sind die Wärmetauschereinheiten nicht durch an der Außenwand der Rohrleitung 4 angeordnete Ringmäntel gebildet, sondern durch innerhalb der Rohrleitung 4 angeordnete Strömungsleitungen, in denen das kalte, zu erwärmende Fluid ebenfalls im Gleichstrom zur Strömungsrichtung des Fluids der Rohrleitung 4 erwärmt wird. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 sind zwei solche Strömungsleitungen 19 bzw. 20 angeordnet, die hier fluiddicht miteinander verbunden sind. Die Strömungsleitungen 19,20 weisen ähnlich dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 jeweils einen aufstromseitigen Zuführstutzen 21 bzw. 22 und einen abstromseitigen Abführstutzen 23 bzw. 24 auf, wobei der Abführstutzen 23 der abstromseitigen Strömungsleitung 19 mit dem Zuführstutzen 22 der nächstfolgenden aufstromseitigen Strömungsleitung 20 durch eine andeutungsweise In the exemplary embodiment according to FIG. 3, the heat exchanger units are not formed by annular jackets arranged on the outer wall of the pipeline 4, but rather by flow lines arranged within the pipeline 4, in which the cold fluid to be heated is also heated in cocurrent to the flow direction of the fluid in the pipeline 4 will. In the exemplary embodiment according to FIG. 3, two such flow lines 19 and 20 are arranged, which are connected to one another in a fluid-tight manner here. Similar to the exemplary embodiment according to FIGS. 1 and 2, the flow lines 19, 20 each have an upstream feed connection 21 or 22 and a downstream discharge connection 23 or 24, the discharge connection 23 of the downstream flow line 19 with the feed connection 22 of the next upstream flow line 20 by a hint
dargestellte Verbindungsleitung verbunden ist. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Ventilator 11 vorgesehen. Selbstverständlich können auch hier ähnlich dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 mehr als zwei Strömungsleitungen 19,20 vorgesehen sein.connection line shown is connected. The fan 11 is also provided in this exemplary embodiment. Of course, similar to the exemplary embodiment according to FIG. 2, more than two flow lines can also be used here 19.20 may be provided.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ähnlich dem gemäß Fig. 1 das zu erwärmende kalte Fluid außen an der das abzukühlende warme Fluid führenden Leitung vorbeigeführt wird. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 strömt das abzukühlende warme Fluid gemäß dem Pfeil 25 durch eine Rohrschlange 26, die von die Wärmetauschereinheiten bildenden zylindrischen Gehäusen 27 bzw. 28 umgeben ist, wobei hier die beiden zylindrischen Gehäuse 27,28 fluiddicht miteinander verbunden sind. Die zylindrischen Gehäuse weisen, wieFig. 4 shows an embodiment in which, similar to that of FIG. 1, the cold fluid to be heated on the outside of the the line leading to the warm fluid to be cooled is bypassed. In the embodiment according to FIG. 4, there is a flow the warm fluid to be cooled according to arrow 25 through a Coil 26 formed by the heat exchanger units cylindrical housings 27 and 28, respectively, here the two cylindrical housings 27, 28 are connected to one another in a fluid-tight manner. The cylindrical housings have how
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die zuvor erläuterten Ausführungsbeispiele, bezüglich der Strömungsrichtung des warmen abzukühlenden Fluids (Pfeil 25) aufstromseitige Zuführstutzen 29 bzw. 30 und abstromseitige Abführstutzen 31 bzw. 32 auf, wobei der Abführstutzen 31 des bezüglich der Strömun. gsrichtung des warmen abzukühlenden Fluids (Pfeil 25) abstromseitigen zylindrischenGehäuses über eine andeutungsweise dargestellte Verbindungsleitung mit dem Zuführstutzen 30 des aufstromseitig nächstfolgenden zylindrischen Gehäuses 28 verbunden ist. Auch hier ist ein Ventilator 11 in der die Rohrschlange 26 verlängernden Rohrleitung 33 zur Förderung des abgekühlten warmen Fluids vorgesehen und können mehr als zwei zylindrische Gehäuse die Rohrschlange umgeben. Selbstverständlich kann das zylindrische Gehäuse jeweils durch eine die Rohrschlange koaxial umgebende weitere Rohrschlange oder eine die Rohrschlange wieder wendelförmig umgebende Rohrschlange gebildet sein.the previously explained embodiments, with respect to the flow direction of the warm fluid to be cooled (arrow 25) upstream supply nozzles 29 or 30 and downstream discharge nozzles 31 or 32, the discharge nozzle 31 of the with respect to the flow. gsrichtung warm cooled fluid (arrow 25) is downstream cylindrical housing via a suggestively shown connecting line to the feed connector 30 of the next upstream cylindrical housing 28 is connected. Here, too, a fan 11 is provided in the pipe 33 extending the pipe coil 26 for conveying the cooled, warm fluid and more than two cylindrical housings can surround the pipe coil. Of course, the cylindrical housing can be formed in each case by a further pipe coil coaxially surrounding the pipe coil or a pipe coil again helically surrounding the pipe coil.
Wesentlich bei der Erfindung ist, daß bei vergleichsweise geringer Querschnittsfläche und vergleichsweise hoher Erstreckung in Strömungsrichtung des abzukühlenden warmen Fluids ein Wärmetausch hohen Wirkungsgrades möglich ist. Dies wird durch die in Strömungsrichtung des abzukühlenden warmen Fluids hintereinander angeordnete11 jeweils einen Gleichstrom-Wärmetausch erreichende Wärmetauschereinheiten, wobei benachbarte Wärmetauschereinheiten entgegen der Strömungsrichtung des abzukühlenden warmen Fluids miteinander in Strömungsverbindung stehen, erreicht.It is essential in the invention that a high degree of efficiency heat exchange is possible with a comparatively small cross-sectional area and a comparatively high extent in the flow direction of the warm fluid to be cooled. This is achieved by the 11 heat exchanger units arranged one behind the other in the direction of flow of the warm fluid to be cooled, each achieving a direct-current heat exchange, with adjacent heat exchanger units being in flow connection with one another against the direction of flow of the warm fluid to be cooled.
'Der erfindungsgemäße Wärmetauscher eignet sich somit insbesondere zum Einbau in Abgasleitungen, wie sie üblicherweise bei Industrie- und Haushaltsheizungsanlagen, wie Kaminen und dergleichen oder bei Gasthermen oder dergleichen auftreten. Zweckmäßigerweise ist dabei das kalte, aufzuwärmende Fluid, das durch die Wärmetauschereinheiten strömt, durch Wasser gebildet und ist wie erwähnt das durch die Rohrleitungen k bzw. die Rohrschlangen 26 strömende Fluid das Abgas einer solchen Heizungsanlage.The heat exchanger according to the invention is therefore particularly suitable for installation in exhaust pipes, as usually occur in industrial and household heating systems, such as chimneys and the like, or in gas boilers or the like. The cold fluid to be heated, which flows through the heat exchanger units, is expediently formed by water and, as mentioned, the fluid flowing through the pipes k or the coils 26 is the exhaust gas of such a heating system.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemaßen Wärmetauschers ist es, daß er ohne wesentliche Umbaumaßnahmen in bestehende Kamine oder dergleichen Abgasleitungen eingebaut werden kann. Auch wenn die Erfindung anhand im wesentlichen vertikal stehender Kamine erläutert worden ist, so ist sie selbstverständlich auch auf horizontale oder geneigte Abgasleitungen anwendbar.Another advantage of the heat exchanger according to the invention it is that it can be installed in existing chimneys or similar exhaust pipes without any major modifications can. Even if the invention has been explained using essentially vertical chimneys, it is self-evident also applicable to horizontal or inclined exhaust pipes.
Weiter ist gegebenenfalls die Wärmetauschfläche jeder einzelnen Wärmetauschereinheit mittels Rippen oder dergleichen möglichst erhöht, damit ein möglichst optimaler Wärmetausch erreicht werden kann.Next is the heat exchange area of each individual Heat exchanger unit increased as possible by means of ribs or the like, so that the best possible heat exchange can be reached.
Der PatentanwaltThe patent attorney
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Claims (12)
dadurch gekennzeichnet,'1. Heat exchangers, especially for energy recovery from heated exhaust gases,
characterized,
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|---|---|---|---|
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ID=6097818
Family Applications (1)
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| DE19803010773 Expired DE3010773C2 (en) | 1980-03-20 | 1980-03-20 | Flue gas heated heat exchanger |
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| DE (1) | DE3010773C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2473030B (en) * | 2009-08-28 | 2014-03-26 | David John Farrant | Apparatus and method for generating heat |
Families Citing this family (1)
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| DE3004224A1 (en) * | 1980-02-06 | 1981-08-13 | Horst 7580 Bühl Ziegler | Fireplace with waste-heat recovery - comprises heat exchanger with passages for fluid medium round flue |
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1980
- 1980-03-20 DE DE19803010773 patent/DE3010773C2/en not_active Expired
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|---|---|
| DE3010773C2 (en) | 1983-12-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: BILGER, FRIEDRICH, 7900 ULM, DE |
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| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |